(57)【要約】【課題】  微細構造体の倒壊を防止するとともに、効率よく現像、洗浄またはエッチングをするための方法を提供する。【解決手段】  本発明の微細構造体の製造方法は、リソグラフィにより基板上の樹脂層を露光し、露光後の樹脂層に現像液を供給して樹脂型を形成する工程を含み、供給する現像液にメガヘルツ帯域の振動を与えることを特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リソグラフィにより基板上の樹脂層を露光し、露光後の樹脂層に現像液を供給して樹脂型を形成する工程を含み、
供給する現像液にメガヘルツ帯域の振動を与えることを特徴とする微細構造体の製造方法。
【請求項２】
前記現像液の供給後、樹脂型を洗浄する工程を含み、
供給する洗浄液にメガヘルツ帯域の振動を与えることを特徴とする請求項１に記載の微細構造体の製造方法。
【請求項３】
前記現像液の供給後、前記基板、または、前記基板と樹脂型との間にある薄膜をウェットエッチングする工程を含み、
供給するエッチング液にメガヘルツ帯域の振動を与えることを特徴とする請求項１または２に記載の微細構造体の製造方法。
【請求項４】
樹脂またはセラミックスからなる微細構造体を洗浄する工程を含み、
供給する洗浄液にメガヘルツ帯域の振動を与えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の微細構造体の製造方法。
【請求項５】
前記微細構造体上の微細構成要素は、最小線幅が５ｎｍ〜５００μｍであり、アスペクト比が０．５以上である請求項１〜４のいずれかに記載の微細構造体の製造方法。
【請求項６】
前記メガヘルツ帯域は、０．２ＭＨｚ〜３０ＭＨｚである請求項１〜５のいずれかに記載の微細構造体の製造方法。
【請求項７】
リソグラフィによる露光後、現像して樹脂型を形成する微細構造体の製造装置であって、
メガヘルツ帯域の振動を有する液体を供給する手段と、
前記液体の供給を受けることができるように対象物を保持する手段と、
前記液体供給手段と前記対象物保持手段との相対的位置を変更する手段と、
処理後の液体を回収し、濾過し、蓄積する手段と
を備えることを特徴とする微細構造体の製造装置。
【請求項８】
回収後の処理液の温度を調整する手段を有する請求項７に記載の微細構造体の製造装置。
【請求項９】
前記液体に対して耐久性を有する材料からなる請求項７または８に記載の微細構造体の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細構造体の製造方法に関するものであり、特に、リソグラフィを利用する微細構造体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロマシンなどに使用する微細構造体は、リソグラフィと電鋳を利用して製造することができる（特許文献１参照）。この方法は、たとえば、図４（ａ）に示すように、導電性基板４１上に樹脂層４２を形成し、リソグラフィにより、図４（ｂ）に示すような、樹脂層４２ｂからなる樹脂型を形成する。つぎに、図４（ｃ）に示すように、導電性基板４１上で樹脂型に金属材料からなる層４５を電鋳により形成する。その後、研磨により厚さを揃え（図４（ｄ））、樹脂型を除去し（図４（ｅ））、導電性基板４１を除去すると、図４（ｆ）に示すような微細構造体を得ることができる。得られる微細構造体は、高いアスペクト比を有し、精密な構造体を、再現性よく、一体形成することができる。
【０００３】
リソグラフィを利用する微細構造体の製造方法には、半導体製造用のリソグラフィのように、厚さ数μｍの薄膜レジスト（以下、「樹脂層」ともいう。）を用いる方法がある。しかし、マイクロマシンなどに使用する微細構造体には機械的強度や電気特性などが要求されるため、厚さが数μｍ〜数１００μｍの厚膜レジストを用いる方法が利用される。厚膜レジストを用いる方法では、高いアスペクト比を有する微細構造体を得るため、ＵＶ（波長２００ｎｍ）より短波長であるＸ線（波長０．４ｎｍ）を使用することが多く、Ｘ線の中でも指向性が高いシンクロトロン放射のＸ線（以下、「ＳＲ」という。）を使用する態様が好ましい。
【０００４】
ＳＲを用いるＬＩＧＡ（Lithographie Galvanoformung Abformung)プロセスは、ディープなリソグラフィが可能であり、最小線幅が数ｎｍから数１００μｍで、高さが数ｎｍ〜数１００μｍの微細構造体を高精度で大量に製造することができる。Ｘ線と電鋳を組み合せた方法で製造することにより、アスペクト比が２以上の微細構造体を容易に製造することができ、アスペクト比が３０以上の微細構造体の製造も可能である。
【０００５】
一方、超硬合金または高硬度鋼の研削加工分野において、メガソニッククーラント法が知られている（非特許文献１参照）。この加工方法は、超硬合金または高硬度鋼の研削加工およびドリル穴あけ加工時に、メガヘルツ帯域の振動を加工液に与える方法であり、加工点にクーラントが侵入して、潤滑作用および溶着抑制作用を発揮し、工具寿命が延びるものと考えられている。
【特許文献１】特開平１１−３３７５７５号公報
【非特許文献１】高島慶之、外４名、「メガソニッククーラントによる穴あけ加工」、砥粒加工学会学術講演会講演論文集、２００３年、ｐ３１７〜３１８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
マイクロマシンなどに使用する微細構造体を製造するために厚膜レジストを用いる場合、リソグラフィによる露光後、現像して樹脂型を形成するが、現像液により溶解し、除去する部分は、幅が数ｎｍから数１００μｍで、深さが数ｎｍ〜数１００μｍであり、かかる微小な凹部に絶えず新しい現像液を供給する必要がある。このため、現像液に超音波振動を加える方法があるが、超音波の条件によっては、現像が十分に助長されず、また条件によって、形成される微細構造体が倒壊する。
【０００７】
本発明の課題は、微細構造体の倒壊を防止するとともに、効率よく現像、洗浄またはエッチングをするための方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の微細構造体の製造方法は、リソグラフィにより基板上の樹脂層を露光し、露光後の樹脂層に現像液を供給して樹脂型を形成する工程を含み、供給する現像液にメガヘルツ帯域の振動を与えることを特徴とする。
【０００９】
現像液の供給後、樹脂型を洗浄する場合には、供給する洗浄液にメガヘルツ帯域の振動を与える態様が好ましい。また、現像液の供給後、基板、または、基板と樹脂型との間にある薄膜をウェットエッチングする場合には、供給するエッチング液にメガヘルツ帯域の振動を与える態様が好ましい。
【００１０】
樹脂またはセラミックスからなる微細構造体を洗浄する場合には、供給する洗浄液にメガヘルツ帯域の振動を与える態様が好ましい。
【００１１】
本発明の製造方法により、微細構造体上の微細構成要素の最小線幅が５ｎｍ〜５００μｍであり、アスペクト比が０．５以上である微細構造体を製造することができる。使用するメガヘルツ帯域は、０．２ＭＨｚ〜３０ＭＨｚが好適である。
【００１２】
本発明の製造装置は、リソグラフィにより露光し、現像して樹脂型を形成する微細構造体の製造装置であって、
メガヘルツ帯域の振動を有する液体を供給する手段と、
液体の供給を受けることができるように対象物を保持する手段と、
液体供給手段と対象物保持手段との相対的位置を変更する手段と、
処理後の液体を回収し、濾過し、蓄積する手段と
を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、回収後の処理液の温度を調整する手段を設けることが好ましく、使用する液体に対して耐久性を有する材料からなる態様が好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の製造方法によれば、微細構造体を倒壊させることなく、効率よく現像、洗浄またはエッチングをすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（微細構造体の製造方法）
本発明の微細構造体の製造方法は、リソグラフィにより基板上の樹脂層を露光し、露光後の樹脂層に現像液を供給して樹脂型を形成する工程を含み、供給する現像液にメガヘルツ帯域の振動を与えることを特徴とする。リソグラフィにより基板上の樹脂層を露光した後、現像するときに、メガヘルツ帯域の振動を有する現像液を樹脂層に供給することにより、現像液で溶解する部位に絶えず新しい現像液を供給することができるため、効率よく現像できる。また、形成する微細構造体の倒壊を効果的に回避することができる。その結果、最小線幅が５ｎｍ〜５００μｍで、高さが５ｎｍ〜１０００μｍであり、アスペクト比が０．５以上の微細構成要素を有する微細構造体を製造することができる。このように設置面積が小さく、高さが高い微細構成要素を形成する場合には、現像のための液循環が難しくなるが、本発明によれば、倒壊を抑えながら、現像に必要な液循環を確保することができる。
【００１６】
メガヘルツ帯域の振動数は、０．２ＭＨｚ以上が好ましく、０．５ＭＨｚ以上がより好ましい。振動数が０．２ＭＨｚ未満では出力が大きいため、現像効率は高いが、形成する微細構成要素の倒壊が生じやすくなる。一方、現像液に与える振動数は、３０ＭＨｚ以下が好ましく、１０ＭＨｚ以下がより好ましい。振動数が３０ＭＨｚより大きくなると、振動振幅が小さく、十分な現像効率が得られない。特に、現像液の振動数が１ＭＨｚ〜５ＭＨｚであるときは、振動加速度が微小物の溶解、除去に効果的に関与し、振動の浸透効果が大きいため、好適である。
【００１７】
現像工程の後、樹脂型を洗浄する場合には、樹脂型に供給する洗浄液に、上述のメガヘルツ帯域の振動を与えると、効果的な洗浄が可能であり、微細構成要素の倒壊を抑制することができる。また、現像工程の後、樹脂型をエッチングマスクとして、樹脂型下の基板を、あるいは基板と樹脂型の間に配した別種の膜をウェットエッチングすることにより、基板上の犠牲層、保護層、密着層または接着剤層などを除去する場合には、樹脂型を含む構造体に供給するエッチング液に、上述のメガヘルツ帯域の振動を与えると、形成している微細構成単位を倒壊させることなく、効果的にエッチングすることができる。
【００１８】
一方、樹脂またはセラミックスからなる微細構造体を洗浄する工程において、供給する洗浄液に上述のメガヘルツ帯域の振動を与えると、効果的な洗浄が可能となり、有用である。また、樹脂製もしくはセラミックス製の微細構造体は脆いために、一般に倒壊を起こしやすいが、本発明によれば倒壊を抑えることができる。
【００１９】
本発明の微細構造体の製造方法に関する典型的な例を図１に示す。まず、図１（ａ）に示すように、導電性基板１上に樹脂層２を形成する。導電性基板として、たとえば、銅、ニッケル、ステンレス鋼などからなる金属製基板、チタン、クロムなどの金属材料をスパッタリングしたシリコン基板などを用いる。樹脂層には、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）などのポリメタクリル酸エステルを主成分とする樹脂材料、またはＸ線に感受性を有する化学増幅型樹脂材料などを用いる。樹脂層の厚さは、形成しようとするコンタクタの厚さに合せて任意に設定することができ、たとえば数μｍ〜数１００μｍとすることができる。
【００２０】
つぎに、樹脂層２上にマスク３を配置し、マスク３を介してＸ線４を照射する。Ｘ線の代りにＵＶなどを使用することもできる。Ｘ線を使用するときは、ＳＲが好ましい。マスク３は、目的とする微細構造体のパターンに応じて形成したＸ線吸収層３ａと、透光性基材３ｂとからなる。透光性基材３ｂには、窒化シリコン、シリコン、ダイヤモンド、チタンなどを用いる。また、Ｘ線吸収層３ａには、金、タングステン、タンタルなどの重金属またはその化合物などを用いる。Ｘ線４の照射により、樹脂層２のうち、樹脂層２ａは露光されるが、樹脂層２ｂはＸ線吸収層３ａにより露光されない。このため、ポジレジストを用いる場合には、露光される樹脂層２ａにおいて、分子鎖が切断され、易溶化する。
【００２１】
つぎに、図１（ｂ）に示すように、現像し、易溶化している樹脂層２ａのみを除去すると、図１（ｃ）に示すような樹脂層２ｂからなる樹脂型が得られる。現像は、ノズル７を利用して行なう。ノズル７では、注入口７ａから現像液が入り、先端７ｂから樹脂層２に現像液が供給される。図１（ｂ）に示す例では、ノズル７は、矢印に示す方向に移動し、左端にまで至ると、方向を変えて移動し、現像液を樹脂層２に均一に供給する。また、ノズル７を固定し、基板側を移動する態様とすることもできる。図１（ｂ）では、基板を下にしてパターンを上向けに配置するが、基板を上にしてパターンを下向けに配置することもできる。あるいは、基板を横配置とすることもできる。
【００２２】
樹脂型が得られると、電鋳を行ない、図１（ｄ）に示すように、樹脂型に金属材料層５を堆積する。電鋳とは、金属イオン溶液を用いて導電性基板上に金属材料からなる層を形成することをいう。導電性基板１をめっき電極として電鋳を行なうことにより、樹脂型に金属材料層５を堆積することができる。樹脂型の空孔部が埋まる程度に金属材料を堆積する場合、堆積した金属材料層から、最終的に本発明の微細構造体を得ることができる。また、樹脂型の高さを超え、樹脂型上にも金属材料を堆積すると、樹脂型および基板を除去することにより、金型として利用することができる微細構造体が得られる。金属材料には、ニッケル、銅、またはそれらの合金などを用いる。
【００２３】
電鋳後、研磨または研削により所定の厚さに揃えた後（図１（ｅ））、図１（ｆ）に示すように、ウエットエッチングまたはプラズマアッシングにより樹脂型を除去する。つづいて、酸もしくはアルカリによりウエットエッチングし、または機械的に加工して導電性基板１を除去すると、図１（ｇ）に示すような微細構造体が得られる。
【００２４】
（微細構造体の製造装置）
本発明の微細構造体の製造装置は、リソグラフィにより露光し、現像して樹脂型を形成する微細構造体の製造装置であって、図３に示すように、液体供給手段３１と、液体の供給を受ける対象物３２の保持手段３３と、液体供給手段３１と対象物の保持手段３３との相対的位置を変更する手段３４と、処理後の液体を回収し、濾過機３５を通し、タンク３６などに蓄積する手段とを備えることを特徴とする。図３では、液体供給手段３１側を移動する構成を例示するが、対象物３２側を移動する構成としても同様である。図３における矢印は、液体の流れを示す。
【００２５】
液体供給手段は、メガヘルツ帯域の振動を有する現像液、洗浄液、エッチング液などの液体を供給する機能を有し、たとえば、図２に示すような構造のノズルを使用することができる。このノズルは、注入口２７ａから供給される液体に、振動子２７ｃでメガヘルツ帯域の振動を与え、その後、ノズルの先端２７ｂから、樹脂型などの対象物に液体を供給することができる。
【００２６】
使用条件によっても異なるが、一般的には、先端２７ｂの口径は、微細構造体の倒壊を防止する点から１ｍｍ以上が好ましく、新しい液体への交換率を高める点から３ｍｍ以下が好ましい。また、ノズルからの液体の流量は、微細構造体の倒壊を防止する点から１Ｌ／分以下が好ましく、新しい液体の供給量を高める点から０．０５Ｌ／分以上が好ましい。
【００２７】
対象物の保持手段は、対象物が液体の供給を受けることができるように保持する。また、本装置は、液体供給手段と対象物保持手段との相対的位置の変更手段３４を備えるため、液体を対象物３２に均一に供給することができる。図３では、液体供給手段３１の位置を変更する装置を例示するが、対象物保持手段３３の位置を変更する態様または対象物保持手段３３と液体供給手段３１の双方の位置を変更する態様とすることもできる。
【００２８】
回収後の処理液の温度を調整する手段を有する態様が好ましい。特に、現像工程およびエッチング工程においては、処理液の温度により処理速度が大きく変化するため、図３に示すように、温度調節機３８を設けて、最適の液温に保つ態様とすることにより、製造効率を高めることができる。また、エッチング液の多くは、金属を腐食させるため、装置は、使用する液体に対して耐久性を有する材料からなるものが好ましい。
【００２９】
実施例１
まず、図１（ａ）に示すように、導電性基板１上に樹脂層２を形成した。導電性基板は、チタンをスパッタリングしたシリコン基板を用いた。樹脂層は、厚さ３００μｍのポリメタクリル酸メチルを用いた。つぎに、樹脂層２上にマスク３を配置し、マスク３を介してＸ線４を照射した。Ｘ線にはＳＲを用い、マスク３は、窒化シリコンからなる透光性基材３ｂ上に、タングステンからなるＸ線吸収層３ａを形成したものを用いた。このマスクは５ｃｍ×５ｃｍであり、透光領域が１０μｍ×１０μｍで、ピッチ２０μｍの格子パターンを有していた。Ｘ線４の照射により、樹脂層２のうち、樹脂層２ａが露光された。
【００３０】
つぎに、図１（ｂ）に示すように、現像すると、樹脂層２ａのみが除去され、図１（ｃ）に示すような樹脂層２ｂからなる樹脂型が得られた。現像は、ノズル７を利用して行なった。図１（ｂ）に示すように、ノズル７は、矢印（⇒）に示す方向に移動し、左端にまで至ると、方向を変えて移動し、現像液を樹脂層２に均一に供給した。ノズルには、メガソニックシステムズ製のＭＳＧ−３３１を使用し、ノズルの先端部の孔径は２ｍｍであった。振動数は３ＭＨｚ、出力６０Ｗに設定し、現像液の温度は２５℃であり、供給量は０．５Ｌ／分とした。供給される現像液の振動振幅は０．０２７μｍ０-Pであり、振動加速度は９５９０×１０3ｍ／ｓ2であった。現像終了後、パターンの倒壊率を調べたところ、０％であった。
【００３１】
樹脂型が得られると、電鋳を行ない、図１（ｄ）に示すように、樹脂型に金属材料層５を堆積した。金属材料には、ニッケルを用いた。電鋳後、研磨により、２５０μｍの厚さに揃えた後（図１（ｅ））、図１（ｆ）に示すように、プラズマアッシングにより樹脂型を除去した。つづいて、アルカリによりウエットエッチングし、導電性基板１を除去すると、図１（ｇ）に示すような微細構造体が得られた。
【００３２】
参考例１
現像工程において、実施例１のようなノズルを使用せず、ビーカに現像液を入れ、樹脂層を形成した基板を浸し、０．０２５ＭＨｚの振動を加えた以外は実施例１と同様にして、樹脂型を作成した。現像終了後、パターンの倒壊率を調べると、１００％であった。そのため、電鋳以降の作業を中止した。
【００３３】
実施例２
本実施例においては、ＳＲ照射に際して、Ｌ／Ｓ＝１０／１０μｍのスリットパターンを有するマスクを使用した。また、電鋳工程において、樹脂型の高さを越えて樹脂型上にも金属材料を堆積し、金型を製造した。これらの点以外は実施例１と同様にして、微細構造体である金型を製造した。この金型を用いて、ポリアセタールを射出成形し、射出成形後の樹脂層のパターン面を、実施例１における現像工程と同様に、ノズル７を利用して洗浄した。洗浄終了後、パターンの倒壊率を調べたところ、０％であった。
【００３４】
参考例２
実施例２で製造した金型を用いて、ポリアセタールを射出成形し、射出成形後の樹脂層を、洗浄した。洗浄には、ノズル７を利用せず、ビーカに洗浄液を入れ、パターンを形成した樹脂層を浸し、０．０２５ＭＨｚの振動を加えて行なった。洗浄終了後、パターンの倒壊率を調べたところ、７０％であった。
【００３５】
実施例３
まず、ガラスエポキシ基板５１上に、厚さ７μｍのＣｕ層５６を形成した後、厚さ６０ｎｍの樹脂層５２を形成した。つぎに、実施例１と同様に、樹脂層５２上にマスク５３を配置し、マスク５３を介して紫外線５４を照射した（図５（ａ））。パターンピッチは、Ｌ／Ｓ＝１５／１５μｍのスリットパターンとした。
【００３６】
つぎに、実施例１と同様に、ノズル５７により現像し（図５（ｂ））、図５（ｃ）に示すような樹脂型を得た。つづいて、先の現像工程と同様にしてノズル５７によりエッチング液を供給し（図５（ｄ））、樹脂型をマスクにして、樹脂型の空孔部にあるＣｕ層を除去した（図５（ｅ））。エッチング後、Ｃｕ層５６ａ上の樹脂層５２ａを剥離液により除去すると、図５（ｆ）に示すような回路が得られた。エッチング後、パターンの欠損率を調べたところ、０％であった。
【００３７】
参考例３
実施例３と同様にして、図５（ｃ）に示すような樹脂型を得た後、エッチングした。エッチングは、ノズル５７を用いることなく、ビーカにエッチング液を入れ、樹脂型を浸し、０．０２５ＭＨｚの振動を加えることにより行なった。エッチング後、パターンの欠損率を調べたところ、６０％であった。
【００３８】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明によれば、微細構造体を破損することなく、微細構造体の空孔底部まで液体を入れ替えて、現像、洗浄またはエッチングを行なうことができる。また、本発明の製造装置によれば製品のバラツキが小さい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の微細構造体の製造方法を示す工程図である。
【図２】本発明の微細構造体の製造装置において備える液体供給手段を示す断面図である。
【図３】本発明の微細構造体の製造装置の一部を示す概念図である。
【図４】リソグラフィと電鋳を利用する従来の微細構造体の製造方法を示す工程図である。
【図５】本発明の微細構造体の製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  導電性基板、２  樹脂層、３  マスク、３ａ  Ｘ線吸収層、３ｂ  透光性基材、４  Ｘ線、５  金属材料層、７  ノズル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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